基于硅基纳米梁腔的光学操纵研究

发布时间：2024-02-22 06:40

　　光学束缚为粒子的操纵与探测提供了一种无需标记、不接触、无损伤的方法,其被广泛应用于生物和材料科学领域。尽管传统的基于显微镜的自由空间光学镊子在处理微米尺度的物体上取得了巨大的成功,但是由于受光的自然衍射的限制,很难稳定束缚住纳米尺度的物体,除非采用高的光功率或复杂且笨重的聚焦系统。光子器件的光学近场可以提供高的电磁场能量梯度来用于纳米尺度的物体的束缚。光子晶体纳米梁腔具有高的品质因子和低的模式体积,可以将其中的光场显著增强和高度局域,大大提高了束缚效率。因此本论文重点研究了硅基纳米梁腔在光学操纵方面的应用,主要研究工作可归纳为:1.建立了波导-硅基纳米梁腔-波导系统中的粒子光力的理论模型,系统分析了微腔特性对粒子光力的影响,从理论上分析得到光力是正比于微腔的Qr1/2/V。运用有限元方法仿真计算了不同结构参数的纳米梁腔的性能与光力,仿真结果与理论模型相一致。同时,在仿真中发现最大光力发生在透过率接近0.25处,并且对于不同周期的纳米梁腔,其光力的最大值几乎相等。2.提出了一种微环·纳米梁腔复合微腔结构并将其用于粒子束缚。运用时域有限差分方法计算了纳米梁腔的能带结构,再利用有限元方法对复...

【文章页数】：98 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１（ａ）自由空间的光学束缚；（ｂ）光子器件的近场束缚［２３］??

１．?１．?１自由空间中的光学束缚??自由空间中的光学束缚是利用高数值孔径的物镜对在自由空间中传输的激光束进行??紧聚焦而形成的，如图１．１?（ａ）所示。当入射光子沿着某一方向照射到介质粒子上，入射光??子会被粒子沿着各个方向散射出去，同时部分入射光子可能会被粒子所吸收。在这个散....

图１．２利用通道波导实现对大粒子的束缚与推动［２２］??

用８０ｍＷ的输入光功率实现了在玻璃波导上对５．１?ｐｍ的聚苯乙烯微球的束缚，并且其以??５?ｐｍ／ｓ的速度沿着波导表面运动，同时直径５００?ｎｍ的金属小球也可以被束缚与推动｜２２１，如??图１．２所示。２０００年，Ｎｇ等人利用离子交換的玻璃通道波导实现了对半径为１０ｎｍ的胶??体....

图１．３?（ａ）将通道波导与微流通道结合来实现对粒子的束缚与传送；（ｂ）通道波导中的模场分??

聚合物通道波导与ＰＤＭＳ微流通道相结合，利用微流让粒子在靠近波导表面流动，实现了??在压力驱动的流动液体中对直径为３?ｐｍ的聚苯乙烯小球的捕捉，并且在垂直于微流流动??方向和微流流动的反方向上都实现了对聚苯乙烯小球的稳定传送［３３】，如图１．２（ａ）所示。同??时，他们也研究了不....

图１．４ａ狭缝波导对粒子的束缚与传送；（ｂ）狭缝波导中的模场分布［３５１??

（ａ）?（ｂ）??图１．４?（ａ）狭缝波导对粒子的束缚与传送；（ｂ）狭缝波导中的模场分布［３５１??２０１２年，Ｌｉｎ等人利用通道波导与狭缝波导平行放置的结构，将一微球融合到通道波??导中形成缺陷，２?ｐｍ的粒子沿着通道波导传送不受缺陷的影响，３５０?ｎｍ的粒子撞到缺陷??后远离....

本文编号：3906547